1.1. Komputer
Komputer adalah sebuah mesin hitung elektronik yang secara cepat menerima informasi masukan digital dan mengolah informasi tersebut menurut seperangkat instruksi yang tersimpan dalam komputer tersebut dan menghasilkan keluaran informasi yang dihasilkan setelah diolah. Daftar perintah tersebut dinamakan program komputer dan unit penyimpanannya adalah memori komputer.
Dalam bentuk yang paling sederhana komputer terdiri dari lima bagian utama yang mempunyai fungsi sendiri-sendiri. Unit-unit tersebut adalah: masukan, memori, aritmetika dan logika, keluaran dan kontrol seperti pada gambar 1.1.
Unit masukan menerima informasi yang yang dikodekan dari operator manusia lewat alat-alat elektro mekanik seperti papan ketik pada suatu terminal video, atau dari komputer-komputer lain lewat jalur komunikasi digital. Informasi yang diterima dan disimpan dalam memori untuk dipergunakan kelak, atau langsung diolah oleh rangkaian aritmetika dan logika untuk melaksanakan operasi yang diinginkan. Langkah-langkah pengolahan ditentukan oleh program yang disimpan dalam memori. Akhirnya hasil-hasil yang diperoleh dikirimkan kembali keluar melalui unit keluaran. Seluruh kegiatan ini dikoordinasi oleh unit kontrol.
1.2. Organisasi Komputer
Organisasi Komputer adalah bagian yang terkait erat dengan unit–unit operasional dan interkoneksi antar komponen penyusun sistem komputer dalam merealisasikan aspek arsitekturalnya. Contoh aspek organisasional adalah teknologi hardware, perangkat antarmuka, teknologi memori, sistem memori, dan sinyal–sinyal kontrol.
Arsitektur Komputer lebih cenderung pada kajian atribut–atribut sistem komputer yang terkait dengan seorang programmer. Contohnya, set instruksi, aritmetika yang digunakan, teknik pengalamatan, mekanisme I/O.
Sebagai contoh apakah suatu komputer perlu memiliki instruksi pengalamatan pada memori merupakan masalah rancangan arsitektural. Apakah instruksi pengalamatan tersebut akan diimplementasikan secara langsung ataukah melalui mekanisme cache adalah kajian organisasional.
Perbedaan Utama Organisasi Komputer
• Bagian yang terkait erat dengan unit–unit operasional
• Contoh: teknologi hardware, perangkat antarmuka, teknologi memori, sistem memori, dan sinyal–sinyal kontrol
Arsitektur Komputer
• Atribut–atribut sistem komputer yang terkait dengan seorang programmer
• Contoh: set instruksi, aritmetika yang digunakan, teknik pengalamatan, mekanisme I/O
1.3. Struktur dan Fungsi Utama Komputer 1.3.1. Struktur Komputer
Komputer adalah sebuah sistem yang berinteraksi dengan cara tertentu dengan dunia luar. Interaksi dengan dunia luar dilakukan melalui perangkat peripheral dan saluran komunikasi. Dalam buku ini akan banyak dikaji seputar struktur internal komputer. Perhatikan gambar 1.2, terdapat empat struktur utama:
• Central Processing Unit (CPU), berfungsi sebagai pengontrol operasi komputer dan pusat pengolahan fungsi – fungsi komputer. Kesepakatan, CPU cukup disebut sebagai processor (prosesor) saja.
• Memori Utama, berfungsi sebagai penyimpan data.
• I/O, berfungsi memindahkan data ke lingkungan luar atau perangkat lainnya. • System Interconnection, merupakan sistem yang menghubungkan CPU, memori
Komponen yang paling menarik namun paling kompleks adalah CPU. Struktur CPU terlihat pada gambar 1.2, dengan struktur utamanya adalah :
• Control Unit, berfungsi untuk mengontrol operasi CPU dan mengontrol komputer secara keseluruhan.
• Arithmetic And Logic Unit (ALU), berfungsi untuk membentuk fungsi – fungsi pengolahan data komputer.
• Register, berfungsi sebagai penyimpan internal bagi CPU.
• CPU Interconnection, berfungsi menghubungkan seluruh bagian dari CPU. 1.3.2. Fungsi Komputer
Fungsi dasar sistem komputer adalah sederhana seperti terlihat pada gambar 1.3. Pada prinsipnya terdapat empat buah fungsi operasi, yaitu :
• Fungsi Operasi Penyimpanan Data • Fungsi Operasi Pemindahan Data • Fungsi Operasi Kontrol
Komputer harus dapat memproses data. Representasi data di sini bermacam– macam, akan tetapi nantinya data harus disesuaikan dengan mesin pemrosesnya. Dalam pengolahan data, komputer memerlukan unit penyimpanan sehingga diperlukan suatu mekanisme penyimpanan data. Walaupun hasil komputer digunakan saat itu, setidaknya komputer memerlukan media penyimpanan untuk data prosesnya. Dalam interaksi dengan dunia luar sebagai fungsi pemindahan data diperlukan antarmuka (interface), proses ini dilakukan oleh unit Input/Output (I/O) dan perangkatnya disebut peripheral. Saat interaksi dengan perpindahan data yang jauh atau dari remote device, komputer melakukan proses komunikasi data. Gambar 1.4 mengilustrasikan operasi–operasi komputer. Gambar 1.4a adalah operasi pemindahan data, gambar 1.24 adalah operasi penyimpanan data, gambar 1.4c dan gambar 1.4d adalah operasi pengolahan data.
Dalam bab ini mula-mula akan dibahas tentang sejarah singkat komputer karena beberapa diantaranya merupakan dasar dari perkembangan komputer saat ini. Kemudian dibahas mengenai bermacam-macam teknik dan strategi yang digunakan untuk mencapai unjuk kerja yang seimbang dan efisien. Terakhir akan dibahas evolusi dua system yang sangat penting pada komputer saat ini yaitu Pentium dan PowerPC.
2.1. Sejarah Singkat Komputer
2.1.1 Generasi Pertama : Tabung Vakum (1945 – 1955) ENIAC
ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), pada tahun 1946 dirancang dan dibuat oleh John Mauchly dan John Presper Eckert di Universitas Pennsylvania merupakan computer digital elektronik untuk kebutuhan umum pertama di dunia. ENIAC dibuat di bawah lembaga Army’s Ballistics Research Laboratory (BRL). Sebuah badan yang bertanggung jawab dalam pembuatan jarak dan tabel lintasan peluru kendali senjata baru. Sebelumnya tugas ini dilakukan oleh kurang lebih 200 personil dengan menggunakan kalkulator untuk menyelesaikan persamaan matematis peluru kendali yang memakan waktu lama.
ENIAC mempunyai berat 30 ton, bervolume 15.000 kaki persegi, dan berisi lebih dari 18.000 tabung vakum. Daya listrik yang dibutuhkan sebesar 140 KW. Kecepatan operasi mencapai 5.000 operasi penambahan per detik. ENIAC masih merupakan mesin desimal, representasi data bilangan dalam bentuk desimal dan arimetiknya dibuat dalam bentuk desimal. Memorinya terdiri atas 20 akumulator, yang masing – masing akumulatornya mampu menampung 10 digit desimal. Setiap digit direpresentasikan oleh cincin yang terdiri atas 10 buah tabung vakum. Kekurangan utama mesin ini adalah masih manual pemrogramannya, yaitu dengan menyetel switch – switch, memasang dan menanggalkan kabel – kabelnya. ENIAC selesai pada tahun 1946 sejak proposal diajukan tahun 1943, sehingga tahun 1946 merupakan gerbang bagi zaman baru komputer elektronik.
John Van Neumann seorang ahli matematika yang merupakan konsultan pembuatan ENIAC pada tahun 1945 mencoba memperbaiki kelemahan ENIAC dengan rancangan komputer barunya, bernama EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer) dengan konsep program tersimpan (storedprogram concept) Tahun 1946 komputer dengan stored-program concept dipublikasikasikan, yang
kemudian di kenal dengan Komputer IAS (Computer of Institute for Advanced Studies). Struktur komputer IAS terlihat pada gambar 2.1. Komputer ini terdiri :
• Memori Utama, untuk menyimpan data maupun instruksi. • Arithmetic Logic Unit (ALU), untuk mengolah data binner.
• Control Unit, untuk melakukan interpretasi instruksi – instruksi di dalam memori sehingga adanya eksekusi instruksi tersebut.
Memori IAS terdiri atas 1.000 lokasi penyimpanan yang disebut word. Word terdiri atas 40 binary digit (bit). Data maupun instruksi disimpan dalam memori ini, sehingga data maupun instruksi harus dikodekan dalam bentuk biner. Format memori terlihat pada gambar 2.2. Setiap bilangan terdiri atas sebuah bit tanda dan 39 bit nilai. Sebuah word terdiri atas 20 bit instruksi dengan masing – masing 8 bit kode operasi (op code) dan 12 bit alamat.
Struktur detail komputer IAS disajikan dalam gambar 2.3. Gambar ini menjelaskan bahwa baik unit kontrol maupun ALU berisi lokasi – lokasi penyimpanan, yang disebut register, yaitu :
• Memory Buffer Register (MBR), berisi sebuah word yang akan disimpan di dalam memori atau digunakan untuk menerima word dari memori.
• Memory Address Register (MAR), untuk menentukan alamat word di memori untuk Dituliskan dari MBR atau dibaca oleh MBR.
• Instruction Register (IR), berisi instruksi 8 bit kode operasi yang akan dieksekusi. • Instruction Buffer Register (IBR), digunakan untuk penyimpanan sementara instruksi Sebelah kanan word di dalam memori.
• Program Counter (PC), berisi alamat pasangan instruksi berikutnya yang akan diambil Dari memori.
• Accumulator (AC) dan Multiplier Quotient (MQ), digunakan untuk penyimpanan Sementara operand dan hasil ALU. Misalnya, hasil perkalian 2 buah bilangan 40 bit adalah sebuah bilangan 80 bit; 40 bit yang paling berarti (most significant bit) disimpan dalam AC dan 40 bit lainnya (least significant bit) disimpan dalam MQ.
IAS beroperasi secara berulang membentuk siklus instruksi. Komputer IAS memiliki 21 instruksi, yang dapat dikelompokkan seperti berikut ini :
• Data tranfer, memindahkan data di antara memori dengan register – register ALU atau Antara dua register ALU sendiri.
• Unconditional branch, perintah – perintah eksekusi percabangan tanpa syarat tertentu. • Conditional branch, perintah – perintah eksekusi percabangan yang memerlukan syarat tertentu agar dihasilkan suatu nilai dari percabangan tersebut.
• Arithmetic, kumpulan operasi – operasi yang dibentuk oleh ALU.
• Address Modify, instruksi – instruksi yang memungkinkan pengubahan alamat saat di komputasi sehingga memungkinkan fleksibilitas alamat yang tinggi pada program.
Komputer Komersial
Tahun 1950 dianggap sebagai tahun kelahiran industri komputer dengan munculnya 2 buah perusahaan yang saat itu mendominasi pasar, yaitu Sperry dan IBM.
Tahun 1947, Eckert dan Mauchly mendirikan Eckert-Mauchly Computer Corporation untuk memproduksi komputer secara komersial. Komputer pertama yang mereka hasilkan adalah UNIVAC I (Universal Automatic Computer). UNIVAC I menjadi tulang punggung penghitungan sensus tahun 1950 di USA.
UNIVAC II yang memiliki kapasitas memori lebih besar dan kinerja yang lebih baik diluncurkan tahun 1950. Mulai saat itu perusahaan telah mengembangkan produk – produk baru yang kompatibel dengan produk sebelumnya sehingga pangsa pasar konsumen mereka tetap terjaga menggunakan produknya.
IBM pun tidak mau kalah dengan mengeluarkan produk mereka yang akhirnya mendominasi pangsa pasar bisnis saat ini. Seri IBM pertama adalah seri 701 tahun 1953 dan terus berkembang menjadi lebih baik hingga sekarang.
2.1.2 Generasi Kedua : Transistor (1955 – 1965)
Sejak pesatnya teknologi semikonduktor hingga menghasilkan komponen transistor membawa perubahan besar pada dunia komputer. Komputer era ini tidak lagi menggunakan tabung vakum yang memerlukan daya operasional besar, tabung – tabung itu digantikan komponen kecil bernama transistor. Konsumsi daya listrik amat kecil dan bentuknyapun relative kecil.
Transistor ditemukan di Bell Labs pada tahun 1947 dan tahun 1950 telah meluncurkan revolusi elektronika modern. IBM sebagai perusahaan pertama yang meluncurkan produk komputer dengan transistor sehingga tetap mendominasi pangsa pasar komputer. NCR dan RCA adalah perusahaan yang mengembangkan komputer berukuran kecil saat itu, kemudian diikuti IBM dengan mengeluarkan seri 7000-nya.
Dengan adanya transistor membuat hardware komputer saat itu makin cepat prosesnya, lihat Tabel 2.1. Memori makin besar kapasitasnya namun makin kecil bentuknya. Generasi dua ini juga terdapat perubahan perkembangan pada ALU yang makin kompleks, lahirnya bahasa pemrograman tingkat tinggi maupun tersedianya software sistem operasi.
Generasi kedua juga ditandai munculnya Digital Equipment Corporation (DEC) tahun 1957 dan meluncurkan komputer pertamanya, yaitu PDP 1. Komputer ini sangat penting bagi perkembangan komputer generasi ketiga.
IBM 7094
Komputer ini diluncurkan tahun 1962. Kemajuan IBM 7094 adalah adanya Instruction Backup Register (IBR) yang berfungsi membeffer instruksi berikutnya, efeknya komputer akan lebih cepat prosesnya. Unit kontrol mengambil dua word yang berdampingan dari memori untuk sebuah pengambilan instruksi, kecuali bila terjadi percabangan.
Kemajuan IBM 7094 lainnya adalah adanya multiplexor untuk memultiplex data channel (saluran data). Multiplexor berfungsi sebagai sentral switch data yang akan diproses dalam CPU.
Gambar 2.5 merupakan konfigurasi IMB 7094.
1.1.3 Generasi Ketiga : Integrated Circuits (1965 – 1980)
Pada tahun 1958 terjadi revolusi elektronika kembali, yaitu ditemukannya integrated circuit (IC) yang merupakan penggabungan komponen – komponen elektronika dalam suatu paket. Dengan ditemukan IC ini semakin mempercepat proses komputer, kapasitas memori makin besar dan bentuknya semakin kecil.
IBM System/360
Tahun 1964 dikeluarkan IBM System/360 yang telah menggunakan teknologi IC. Dalam satu dekade IBM menguasai 70% pasaran komputer.
Sistem 360 merupakan kelompok komputer pertama yang terencana. Banyak model dalam arsitektur 360 ini dan saling kompatibel. Hal ini sangat menguntungkan konsumen, karena konsumen dapat menyesuaikan dengan kebutuhan maupun harganya. Pengembangan (upgrading) dimungkinkan dalam komputer ini. Karakteristik komputer kelompok ini adalah :
dikeluarkan menggunakan set instruksi yang sama sehingga mendukung kompabilitas system maupun perangkat kerasnya.
• Sistem Operasi Mirip atau Identik, ini merupakan feature yang menguntungkan
Konsumen sehingga apabila kebutuhan menuntut penggantian komputer tidak kesulitan dalam system operasinya karena sama.
• Kecepatan yang meningkat, model – model yang ditawarkan mulai dari kecepatan Rendah sampai kecepatan tinggi untuk penggunaan yang dapat disesuaikan konsumen sendiri.
• Ukuran Memori yang lebih besar, semakin tinggi modelnya akan diperoleh semakin Besar memori yang digunakan.
• Harga yang meningkat, semakin tinggi modelnya maka harganya semakin mahal.
DEC PDP-8
Pada tahun yang sama saat IBM mengeluarkan System/360, DEC meluncurkan DEC PDP-8. Komputer ini memiliki keunggulan bentuknya yang kecil sehingga sangat fleksibel digunakan. PDP-8 juga memiliki varian – varian yang modelnya sama dengan IBM System/360 untuk menyesuaikan kebutuhan pelanggannya. Dengan hadirnya PDP-8 ini membawa DEC sebagai perusahaan menyuplai komputer mini terbesar membawa DEC sebagai pabrik komputer terbesar kedua setelah IBM.
Arsitektur PDP-8 sangat berbeda dengan IBM terutama bagian sistem bus. Pada komputer ini menggunakan omnibus system. Sistem ini terdiri atas 96 buah lintasan sinyal yang terpisah, yang digunakan untuk membawa sinyal – sinyal kontrol, alamat maupun data. Karena semua komponen menggunakan jalur bus ini maka penggunaannya dikontrol oleh CPU. Arsitektur bus seperti PDP-8 ini nantinya digunakan oleh komputer – komputer modern selanjutnya. Struktur bus PDP-8 terlihat pada gambar 2.6.
1.1.4 Generasi Keempat : Very Large Scale Integration (1980 - ????)
Era keempat perkembangan genarasi komputer ditandai adanya VLSI. Paket VLSI dapat menampung 10.000 komponen lebih per kepingnya dengan kecepatan operasi mencapai 100juta operasi per detiknya. Gambar 2.7 mengilustrasikan perkembangan mikroprosesor Pentium terhadap jumlah transistor per kepingnya.
Masa – masa ini diawali peluncuran mikroprosesor Intel seri 4004. Mikroprosesor 4004 dapat menambahkan dua bilangan 4 bit dan hanya dapat mengalikan dengan cara pengulangan penambahan. Memang masih primitif, namun mikroprosesor ini tonggak perkembangan mikroprosesor – mikroprosesor canggih saat ini. Tidak ada ukuran pasti dalam melihat mikroprosesor, namun ukuran terbaik adalah lebar bus data : jumlah bit data yang dapat dikirim diterima mikroprosesor. Ukuran lain adalah jumlah bit dalam register.
Tahun 1972 diperkenalkan dengan mikroprosesor 8008 yang merupakan mikroprosesor 8 bit. Mikroprosesor ini lebih kompleks instruksinya tetapi lebih cepat prosesnya dari pendahulunya. Kemudian Bells dan HP menciptakan mikroprosesor 32 bit pada 1981, sedangkan Intel baru mengeluarkan tahun 1985 dengan mikroprosesor 80386.
1.2 Perancangan Kinerja
Kinerja sebuah sistem komputer merupakan hasil proses dari seluruh komponen komputer, yang melibatkan CPU, memori utama, memori sekunder, bus, peripheral. Dari segi perkembangan program aplikasipun sangat menakjubkan. Aplikasi dekstop yang hampir dimiliki semua sistem komputer saat ini meliputi :
• Pengolahan citra
• Pengenalan voice atau pembicaraan • Video conference
• Mulitimedia • Transfer data
Yang menakjubkan lagi adalah dari sudut pandang organisasi dan arsitektur computer saat ini adalah mirip dengan komputer IAS yang dibuat sekitar 50 tahun lalu, namun perkembangan dan kecanggihannya dapat kita rasakan sekarang ini. Peningkatan
kinerja mikroprosesor ini terus berlanjut tidak kenal henti dengan berbagai teknik yang telah dikembangkan, diantaranya :
• Branch Prediction, teknik dimana prosesor memungkinkan mengamati terlebih dahulu di dalam software dan melakukan prediksi percabangan atau kelompok instruksi yang akan dieksekusi berikutnya.
• Data Flow Analysis, prosesor akan menganalisa instruksi – instruksi yang tidak tergantung pada hasil atau data lainnya untuk membuat penjadwalan yang optimum dalam eksekusi.
• Speculative Execution, dengan modal prediksi cabang dan analisis data, maka prosesor Dapat melakukan eksekusi spekulatif terlebih dahulu sebelum waktunya.
Perkembangan mikroprosesor, dilihat dari kapasitas operasi dan kecepatannya sangatlah pesat. Perkembangan mikroprosesor ini sulit diimbangi oleh komponen lainnya semisal memori. Hal ini menimbulkan masalah kesenjangan dan kurang sinkronnya operasi antar komponen. Perhatikan laju perkembangan prosesor dibandingkan memori utama seperti terlihat pada gambar 2.8. Organisasi dan arsitektur komputer yang handal sangat diperlukan untuk mengatasi persoalan seperti ini.
Terdapat beberapa metode untuk mengatasi masalah perbedaan kecepatan operasi antara mikroprosesor dengan komponen lainnya, diantaranya :
• Meningkatkan jumlah bit yang dicari pada suatu saat tertentu dengan melebarkan DRAM dan melebarkan lintasa sistem busnya.
• Mengubah antarmuka DRAM sehingga lebih efisien dengan menggunakan teknik cache Atau pola buffer lainnya pada keping DRAM.
• Meningkatkan bandwidth interkoneksi prosesor dan memori dengan penggunakan hierarki bus –bus yang lebih cepat untuk buffering dan membuat struktur aliran data.
Bidang lain yang menjadi fokus kajian peningkatan kinerja sistem komputer adalah penanganan perangkat – perangkat I/O. Masalah yang terjadi hampir sama dengan memori. Teknik penyelesaian yang digunakan umumnya adalah teknik buffering dan caching.
Target yang ingin dicapai dalam peningkatan kinerja adalah tercapainya keseimbangan proses operasi antar komponen – komponen penyusun komputer sehingga menghasilkan kinerja komputer yang tinggi.
1.3 Contoh Evolusi Komputer
Evolusi komputer yang akan dijelaskan adalah kelompok komputer Pentium Intel dan PowerPC. Alasannya adalah komputer Pentium Intel mampu mendominasi pasaran dan secara teknologi menggunakan rancangan CISC (complex instruction set computers) dalam arsitekturnya. Sedangkan PowerPC merupakan kelompok komputer yang menerapkan teknologi RISC (reduced instruction set computers). Detail tentang CISC dan RISC akan dijelaskan dalam matakuliah Arsitektur CPU.
Pentium
Pentium merupakan produk Intel yang mampu mendominasi pasaran prosesor hingga saat ini. Generasi demi generasi diluncurkan ke pasaran dengan kenaikan unjuk kerja yang menakjubkan dalam memenuhi kebutuhan konsumennya.
Berikut evolusi prosesor keluaran Intel dari prosesor sederhana sampai prosesor keluaran saat ini:
• 8080, keluar tahun 1972 merupakan mikroprosesor pertama keluaran Intel dengan mesin 8 bit dan bus data ke memori juga 8 bit. Jumlah instruksinya 66 instruksi dengan kemampuan pengalamatan 16KB.
• 8086, dikenalkan tahun 1974 adalah mikroprosesor 16 bit dengan teknologi cache instruksi. Jumlah instruksi mencapai 111 dan kemampuan pengalamatan ke memori 64KB.
• 80286, keluar tahun 1982 merupakan pengembangan dari 8086, kemampuan Pengalamatan mencapai 1MB dengan 133 instruksi.
• 80386, keluar tahun 1985 dengan mesin 32 bit. Sudah mendukung sistem multitasking. Dengan mesin 32 bitnya, produk ini mampu menjadi terunggul pada masa itu.
• 80486, dikenalkan tahun 1989. Kemajuannya pada teknologi cache memori dan Pipelining instruksi. Sudah dilengkapi dengan math co-processor.
• Pentium, dikeluarkan tahun 1993, menggunakan teknologi superscalar sehingga Memungkinkan eksekusi instruksi secara paralel.
• Pentium Pro, keluar tahun 1995. Kemajuannya pada peningkatan organisasi superscalar Untuk proses paralel, ditemukan sistem prediksi cabang, analisa aliran data dan sistem cache memori yang makin canggih.
• Pentium II, keluar sekitar tahun 1997 dengan teknologi MMX sehingga mampu Menangani kebutuhan multimedia. Mulai Pentium II telah menggunakan teknologi RISC.
• Pentium III, terdapat kemampuan instruksi floating point untuk menangani grafis 3D. • Pentium IV, kemampuan floating point dan multimedia semakin canggih.
• Itanium, memiliki kemampuan 2 unit floating point, 4 unit integer, 3 unit pencabangan, Internet streaming, 128 interger register.
PowerPC
Proyek sistem RISC diawali tahun 1975 oleh IBM pada komputer muni seri 801. Seri pertama ini hanyalah prototipe, seri komersialnya adalah PC RT yang dikenalkan tahun 1986. Tahun 1990 IBM mengeluarkan generasi berikutnya yaitu IBM RISC System/6000 yang merupakan mesin RISC superskalar workstation. Setelah ini arsitektur IBM lebih dikenal sebagai arsitektur POWER.
IBM menjalin kerja sama dengan Motorola menghasilkan mikroprosesor seri 6800, kemudian Apple menggunakan keping Motorola dalam Macintoshnya. Saat ini terdapat 4 kelompok PowerPC, yaitu :
• 601, adalah mesin 32 bit merupakan produksi masal arsitektur PowerPC untuk lebih dikenal masyarakat.
• 603, merupakan komputer desktop dan komputer portabel. Kelompok ini sama dengan seri 601 namun lebih murah untuk keperluan efisien.
• 604, seri komputer PowerPC untuk kegunaan komputer low-end server dan komputer desktop.
• 620, ditujukan untuk penggunaan high-end server. Mesin dengan arsitektur 64 bit. • 740/750, seri dengan cache L2.
• G4, seperti seri 750 tetapi lebih cepat dan menggunakan 8 instruksi paralel.
Seperti telah dijelaskan pada bagian pengantar, bahwa komputer digital terdiri dari sistem prosesor atau sering disebut CPU, memori – memori, dan piranti masukan/keluaran yang saling
berhubungan dan saling dukung mewujudkan fungsi operasi komputer secara keseluruhan.
3.1 Komponen Utama CPU
CPU merupakan komponen terpenting dari sistem komputer. CPU adalah komponen pengolah data berdasarkan instruksi – instruksi yang diberikan kepadanya.
Dalam mewujudkan fungsi dan tugasnya, CPU tersusun atas beberapa komponen sebagai bagian dari struktur CPU, seperti terlihat pada gambar 3.1 dan struktur detail internal CPU terlihat
pada gamber 3.2. CPU tersusun atas beberapa komponen, yaitu :
• Arithmetic and Logic Unit (ALU), bertugas membentuk fungsi – fungsi pengolahan data komputer. ALU sering disebut mesin bahasa (machine language) karena bagian ini
mengerjakan instruksi – instruksi bahasa mesin yang diberikan padanya. Seperti istilahnya,
ALU terdiri dari dua bagian, yaitu unit arithmetika dan unit logika boolean, yang masing –
masing memiliki spesifikasi tugas tersendiri.
• Control Unit, bertugas mengontrol operasi CPU dan secara keselurahan mengontrol komputer
sehingga terjadi sinkronisasi kerja antar komponen dalam menjalankan fungsi – fungsi operasinya. Termasuk dalam tanggung jawab unit kontrol adalah mengambil instruksi – instruksi dari memori utama dan menentukan jenis instruksi tersebut.
• Registers, adalah media penyimpan internal CPU yang digunakan saat proses pengolahan data.
Memori ini bersifat sementara, biasanya digunakan untuk menyimpan data saat diolah ataupun
data untuk pengolahan selanjutnya.
• CPU Interconnections, adalah sistem koneksi dan bus yang menghubungkan komponen internal
CPU, yaitu ALU, unit kontrol dan register – register dan juga dengan bus – bus eksternal CPU
yang menghubungkan dengan sistem lainnya, seperti memori utama, piranti masukan/keluaran.
BAB 3 Struktur CPU 21
Gambar 3.1 Komponen internal CPU Gambar 3.2 Struktur detail internal CPU 22
3.2 Fungsi CPU
dengan cara mengambil instruksi – instruksi, menguji instruksi tersebut dan mengeksekusinya
satu persatu sesuai alur perintah.
Untuk memahami fungsi CPU dan caranya berinteraksi dengan komponen lain, perlu kita tinjau lebih jauh proses eksekusi program. Pandangan paling sederhana proses eksekusi program
adalah dengan mengambil pengolahan instruksi yang terdiri dari dua langkah, yaitu : operasi
pembacaan instruksi (fetch) dan operasi pelaksanaan instruksi (execute). Siklus instruksi yang
terdiri dari siklus fetch dan siklus eksekusi diperlihatkan pada gambar 3.3 berikut. Gambar 3.3 Siklus instruksi dasar
3.2.1 Siklus Fetch - Eksekusi
Pada setiap siklus instruksi, CPU awalnya akan membaca instruksi dari memori. Terdapat register dalam CPU yang berfungsi mengawasi dan menghitung instruksi selanjutnya, yang
disebut Program Counter (PC). PC akan menambah satu hitungannya setiap kali CPU membaca
instruksi.
Instruksi – instruksi yang dibaca akan dibuat dalam register instruksi (IR). Instruksi – instruksi ini dalam bentuk kode – kode binner yang dapat diinterpretasikan oleh CPU kemudian
dilakukan aksi yang diperlukan. Aksi – aksi ini dikelompokkan menjadi empat katagori, yaitu :
23
• CPU – Memori, perpindahan data dari CPU ke memori dan sebaliknya. • CPU –I/O, perpindahan data dari CPU ke modul I/O dan sebaliknya.
• Pengolahan Data, CPU membentuk sejumlah operasi aritmatika dan logika terhadap data.
• Kontrol, merupakan instruksi untuk pengontrolan fungsi atau kerja. Misalnya instruksi pengubahan urusan eksekusi.
Perlu diketahui bahwa siklus eksekusi untuk suatu instruksi dapat melibatkan lebih dari sebuah
referensi ke memori. Disamping itu juga, suatu instruksi dapat menentukan suatu operasi I/O.
Perhatikan gambar 3.4 yang merupakan detail siklus operasi pada gambar 3.3, yaitu : • Instruction Addess Calculation (IAC), yaitu mengkalkulasi atau menentukan alamat instruksi
berikutnya yang akan dieksekusi. Biasanya melibatkan penambahan bilangan tetap ke alamat
instruksi sebelumnya. Misalnya, bila panjang setiap instruksi 16 bit padahal memori memiliki
panjang 8 bit, maka tambahkan 2 ke alamat sebelumnya.
• Instruction Fetch (IF), yaitu membaca atau pengambil instruksi dari lokasi memorinya ke CPU.
• Instruction Operation Decoding (IOD), yaitu menganalisa instruksi untuk menentukan jenis
operasi yang akan dibentuk dan operand yang akan digunakan.
• Operand Address Calculation (OAC), yaitu menentukan alamat operand, hal ini dilakukan
apabila melibatkan referensi operand pada memori.
• Operand Fetch (OF), adalah mengambil operand dari memori atau dari modul I/O. • Data Operation (DO), yaitu membentuk operasi yang diperintahkan dalam instruksi. • Operand store (OS), yaitu menyimpan hasil eksekusi ke dalam memori.
Gambar 3.4 Diagram siklus instruksi 24
3.2.2 Fungsi Interrupt
Fungsi interupsi adalah mekanisme penghentian atau pengalihan pengolahan instruksi dalam CPU kepada routine interupsi. Hampir semua modul (memori dan I/O) memiliki mekanisme yang dapat menginterupsi kerja CPU.
Tujuan interupsi secara umum untuk menejemen pengeksekusian routine instruksi agar efektif dan efisien antar CPU dan modul – modul I/O maupun memori. Setiap komponen komputer dapat menjalankan tugasnya secara bersamaan, tetapi kendali terletak pada CPU
disamping itu kecepatan eksekusi masing – masing modul berbeda sehingga dengan adanya
fungsi interupsi ini dapat sebagai sinkronisasi kerja antar modul. Macam – macam kelas sinyal
interupsi :
• Program, yaitu interupsi yang dibangkitkan dengan beberapa kondisi yang terjadi pada hasil
eksekusi program. Contohnya: arimatika overflow, pembagian nol, oparasi ilegal.
• Timer, adalah interupsi yang dibangkitkan pewaktuan dalam prosesor. Sinyal ini memungkinkan
sistem operasi menjalankan fungsi tertentu secara reguler.
• I/O, sinyal interupsi yang dibangkitkan oleh modul I/O sehubungan pemberitahuan kondisi error
dan penyelesaian suatu operasi.
• Hardware failure, adalah interupsi yang dibangkitkan oleh kegagalan daya atau kesalahan
paritas memori.
Dengan adanya mekanisme interupsi, prosesor dapat digunakan untuk mengeksekusi instruksi – instruksi lain. Saat suatu modul telah selesai menjalankan tugasnya dan siap menerima
tugas berikutnya maka modul ini akan mengirimkan permintaan interupsi ke prosesor. Kemudian
prosesor akan menghentikan eksekusi yang dijalankannya untuk menghandel routine interupsi.
Setelah program interupsi selesai maka prosesor akan melanjutkan eksekusi programnya kembali.
diterima/ditangguhkan dan interupsi ditolak. Apabila interupsi ditangguhkan, prosesor akan
melakukan hal – hal dibawah ini :
1. Prosesor menangguhkan eksekusi program yang dijalankan dan menyimpan konteksnya.
Tindakan ini adalah menyimpan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi dan data lain
yang relevan.
2. Prosesor menyetel program counter (PC) ke alamat awal routine interrupt handler. Gambar 3.5 berikut menjelaskan siklus eksekusi oleh prosesor dengan adanya fungsi interupsi.
25
Gambar 3.5 Siklus eksekusi instruksi dengan interrupt
Untuk sistem operasi yang kompleks sangat dimungkinkan adanya interupsi ganda
(multiple interrupt). Misalnya suatu komputer akan menerima permintaan interupsi saat proses
pencetakan dengan printer selesai, disamping itu dimungkinkan dari saluran komunikasi akan
mengirimkan permintaan interupsi setiap kali data tiba. Dalam hal ini prosesor harus menangani
interupsi ganda.
Dapat diambil dua buah pendekatan untuk menangani interupsi ganda ini. Pertama adalah menolak atau tidak mengizinkan interupsi lain saat suatu interupsi ditangani prosesor. Kemudian
setelah prosesor selesai menangani suatu interupsi maka interupsi lain baru di tangani. Pendekatan ini disebut pengolahan interupsi berurutan / sekuensial. Pendekatan ini cukup baik
dan sederhana karena interupsi ditangani dalam ututan yang cukup ketat. Kelemahan pendekatan
ini adalah metode ini tidak memperhitungkan prioritas interupsi. Pendekatan ini diperlihatkan
pada gambar 3.6a.
Pendekatan kedua adalah dengan mendefinisikan prioritas bagi interupsi dan interrupt handler mengizinkan interupsi berprioritas lebih tinggi ditangani terlebih dahulu. Pedekatan ini
disebut pengolahan interupsi bersarang. Metode ini digambarkan pada gambar 3.6b. 26
Gambar 3.6 Transfer pengendalian pada interupsi ganda
Sebagai contoh untuk mendekatan bersarang, misalnya suatu sistem memiliki tiga perangkat I/O: printer, disk, dan saluran komunikasi, masing – masing prioritasnya 2, 4 dan 5.
Pada awal sistem melakukan pencetakan dengan printer, saat itu terdapat pengiriman data pada
saluran komunikasi sehingga modul komunikasi meminta interupsi. Proses selanjutnya adalah
pengalihan eksekusi interupsi mudul komunikasi, sedangkan interupsi printer ditangguhkan. Saat
pengeksekusian modul komunikasi terjadi interupsi disk, namun karena prioritasnya lebih rendah
maka interupsi disk ditangguhkan. Setelah interupsi modul komunikasi selesai akan dilanjutkan
interupsi yang memiliki prioritas lebih tinggi, yaitu disk. Bila interupsi disk selesai dilanjutkan
eksekusi interupsi printer. Selanjutnya dilanjutkan eksekusi program utama. 27
Memori adalah bagian dari komputer tempat program – program dan data – data disimpan. Bebarapa pakar komputer (terutama dari Inggris) menggunakan istilah store atau
storage untuk memori, meskipun kata storage sering digunakan untuk menunjuk ke penyimpanan
disket. Tanpa sebuah memori sebagai tempat untuk mendapatkan informasi guna dibaca dan
ditulis oleh prosesor maka tidak akan ada komputer – komputer digital dengan sistem penyimpanan program.
Walaupun konsepnya sederhana, memori komputer memiliki aneka ragam jenis, teknologi, organisasi, unjuk kerja dan harganya. Dalam bab ini akan dibahas mengenai memori
internal dan bab selanjutnya membahas memori eksternal. Perlu dijelaskan sebelumnya perbedaan keduanya yang sebenarnya fungsinya sama untuk penyimpanan program maupun data.
Memori internal adalah memori yang dapat diakses langsung oleh prosesor. Sebenarnya terdapat
beberapa macam memori internal, yaitu register yang terdapat di dalam prosesor, cache memori
dan memori utama berada di luar prosesor. Sedangkan memori eksternal adalah memori yang
diakses prosesor melalui piranti I/O, seperti disket dan hardisk. 4.1 Operasi Sel Memori
Elemen dasar memori adalah sel memori. Walaupun digunakan digunakan sejumlah teknologi elektronik, seluruh sel memori memiliki sifat – sifat tertentu :
• Sel memori memiliki dua keadaan stabil (atau semi-stabil), yang dapat digunakan untuk merepresentasikan bilangan biner 1 atau 0.
• Sel memori mempunyai kemampuan untuk ditulisi (sedikitnya satu kali). • Sel memori mempunyai kemampuan untuk dibaca.
Gambar 4.1 menjelaskan operasi sel memori. Umumnya sel memori mempunyai tiga terminal fungsi yang mampu membawa sinyal listrik. Terminal select berfungsi memilih operasi
tulis atau baca. Untuk penulisan, terminal lainnya menyediakan sinyal listrik yang men-set
BAB 4 Memori
28
keadaan sel brnilai 1 atau 0, sedangkan untuk operasi pembacaan, terminal ini digunakan sebagai
keluaran.
Gambar 4.1 Operasi sel memori 4.2 Karakteristik Sistem Memori
Untuk mempelajari sistem memori secara keseluruhan, harus mengetahui karakteristik – karakteristik kuncinya. Karakteristik penting sistem memori disajikan dalam tabel 4.1 berikut :
Tabel 4.1 Karakteristik penting sistem memori komputer Karakteristik Macam/ Keterangan
Lokasi 1. CPU 2. Internal (main) 3. External (secondary) Kapasitas 1. Ukuran word 2. Jumlah word
Satuan transfer 1. Word 2. Block
Metode akses 1. Sequential access 2. Direct access
3. Random access 4. Associative access Kinerja 1. Access time 2. Cycle time
3. Transfer rate
Tipe fisik 1. Semikonduktor 2. Magnetik
Karakteristik fisik 1. Volatile/nonvolatile 2. Erasable/nonerasable
Dilihat dari lokasi, memori dibedakan menjadi beberapa jenis, yaitu register, memori internal dan memori eksternal. Register berada di dalam chip prosesor, memori ini diakses
29
langsung oleh prosesor dalam menjalankan operasinya. Register digunakan sebagai memori
sementara dalam perhitungan maupun pengolahan data dalam prosesor. Memori internal adalah
memori yang berada diluar chip prosesor namun mengaksesannya langsung oleh prosesor.
Memori internal dibedakan menjadi memori utama dan cache memori. Memori eksternal dapat
diakses oleh prosesor melalui piranti I/O, memori ini dapat berupa disk maupun pita. Karakteristik lainnya adalah kapasitas. Kapasitas memori internal maupun eksternal biasanya dinyatakan dalam mentuk byte (1 byte = 8 bit) atau word. Panjang word umumnya 8, 16,
32 bit. Memori eksternal biasanya lebih besar kapasitasnya daripada memori internal, hal ini
disebabkan karena teknologi dan sifat penggunaannya yang berbeda.
Karakteristik berikutnya adalah satuan tranfer. Bagi memori internal, satuan tranfer sama dengan jumlah saluran data yang masuk ke dan keluar dari modul memori. Jumlah saluran ini
sering kali sama dengan panjang word, tapi dimungkinkan juga tidak sama. Tiga konsep yang
berhubungan dengan satuan transfer :
• Word, merupakan satuan “alami” organisasi memori. Ukuran word biasanya sama dengan jumlah bit yang digunakan untuk representasi bilangan dan panjang instruksi. • Addressable units, pada sejumlah sistem, adressable units adalah word. Namun terdapat sistem dengan pengalamatan pada tingkatan byte. Pada semua kasus hubungan antara panjang A suatu alamat dan jumlah N adressable unit adalah 2A =N.
• Unit of tranfer, adalah jumlah bit yang dibaca atau dituliskan ke dalam memori pada suatu saat. Pada memori eksternal, tranfer data biasanya lebih besar dari suatu word, yang disebut dengan block.
Perbedaan tajam yang terdapat pada sejumlah jenis memori adalah metode access-nya. Terdapat
empat macam metode :
• Sequential access, memori diorganisasi menjadi unit – unit data yang disebut record. Akses harus dibuat dalam bentuk urutan linier yang spesifik. Informasi mengalamatan yang disimpan dipakai untuk memisahkan record – record dan untuk membantu proses pencarian. Terdapat shared read/write mechanism untuk penulisan/pembacaan
memorinya. Pita magnetik merupakan memori yang menggunakan metode sequential access.
• Direct access, sama sequential access terdapat shared read/write mechanism. Setiap blok dan record memiliki alamat unik berdasarkan lokasi fisiknya. Akses dilakukan langsung pada alamat memori. Disk adalah memori direct access.
• Random access, setiap lokasi memori dipilih secara random dan diakses serta dialamati secara langsung. Contohnya adalah memori utama.
30
• Associative access, merupakan jenis random akses yang memungkinkan pembandingan lokasi bit yang diinginkan untuk pencocokan. Jadi data dicari berdasarkan isinya bukan alamatnya dalam memori. Contoh memori ini adalah cache memori yang akan dibahas di akhir bab ini.
Berdasarkan karakteristik unjuk kerja, memiliki tiga parameter utama pengukuran unjuk kerja,
yaitu :
• Access time, bagi random access memory, waktu akses adalah waktu yang dibutuhkan untuk melakukan operasi baca atau tulis. Sedangkan untuk memori non-random akses merupakan waktu yang dibutuhkan dalam melakukan mekanisme baca atau tulis pada lokasi tertentu.
• Memory cycle time, konsep ini digunakan pada random access memory dan terdiri dari access time ditambah dengan waktu yang diperlukan transient agar hilang pada saluran sinyal.
• Transfer rate, adalah kecepatan data transfer ke unit memori atau dari unit memori. Pada random access memory sama dengan 1/(cycle time). Sedangkan untuk nonrandom access memory dengan perumusan :
TN = waktu rata – rata untuk membaca atau menulis N bit TA = waktu akses rata – rata
N = jumlah bit
R = kecepatan transfer dalam bit per detik (bps)
Jenis tipe fisik memori yang digunakan saat ini adalah memori semikonduktor dengan teknologi VLSI dan memori permukaan magnetik seperti yang digunakan pada disk dan pita
magnetik.
Berdasarkan karakteristik fisik, media penyimpanan dibedakan menjadi volatile dan nonvolatile,
serta erasable dan nonerasable. Pada volatile memory, informasi akan hilang apabila daya listriknya dimatikan, sedangkan non-volatile memory tidak hilang walau daya listriknya
hilang. Memori permukaan magnetik adalah contoh no-nvolatile memory, sedangkan semikonduktor ada yang volatile dan non-volatile. Ada jenis memori semikonduktor yang tidak
bisa dihapus kecuali dengan menghancurkan unit storage-nya, memori ini dikenal dengan ROM
(Read Only Memory). 31
4.3 Keandalan Memori
Untuk memperoleh keandalan sistem ada tiga pertanyaan yang diajukan: Berapa banyak ? Berapa cepat? Berapa mahal?
Pertanyaan berapa banyak adalah sesuatu yang sulit dijawab, karena berapapun kapasitas memori tentu aplikasi akan menggunakannya. Jawaban pertanyaan berapa cepat adalah memori
harus mempu mengikuti kecepatan CPU sehingga terjadi sinkronisasi kerja antar CPU dan
memori tanpa adanya waktu tunggu karena komponen lain belum selesai prosesnya. Mengenai
harga, sangatlah relatif. Bagi produsen selalu mencari harga produksi paling murah tanpa mengorbankan kualitasnya untuk memiliki daya saing di pasaran.
Hubungan harga, kapasitas dan waktu akses adalah :
• Semakin kecil waktu akses, semakin besar harga per bitnya. • Semakin besar kapasitas, semakin kecil harga per bitnya. • Semakin besar kapasitas, semakin besar waktu aksesnya.
Dilema yang dihadapi para perancang adalah keinginan menerapkan teknologi untuk kapasitas memori yang besar karena harga per bit yang murah namun hal itu dibatasi oleh teknologi dalam memperoleh waktu akses yang cepat. Salah satu pengorganisasian masalah ini
adalah menggunakan hirarki memori. Seperti terlihat pada gambar 4.2, bahwa semakin menurunnya hirarki maka hal berikut akan terjadi :
• Peningkatan kapasitas • Peningkatan waktu akses
• Penurunan frekuensi akses memori oleh CPU.
Kunci keberhasilan hirarki ini pada penurunan frekuensi aksesnya. Semakin lambat memori maka keperluan CPU untuk mengaksesnya semakin sedikit. Secara keseluruhan sistem
komputer akan tetap cepat namun kebutuhan kapasitas memori besar terpenuhi. Tabel 4.2 Tabel spesifikasi memori
Tipe memori Teknologi Ukuran Waktu akses
Cache Memory semikonduktor RAM 128 – 512 KB 10 ns Memori Utama semikonduktor RAM 4 – 128 MB 50 ns Disk magnetik Hard Disk Gigabyte 10 ms, 10MB/det Disk Optik CD-ROM Gigabyte 300ms, 600KB/det Pita magnetik Tape 100 MB Det -mnt, 10MB/mnt 32
Gambar 4.2 Hirarki memori 4.4 Satuan Memori
Satuan pokok memori adalah digit biner, yang disebut bit. Suatu bit dapat berisi sebuah angka 0 atau 1. Ini adalah satuan yang paling sederhana. Memori juga dinyatakan dalam byte (1
byte = 8 bit). Kumpulan byte dinyatakan dalam word. Panjang word yang umum adalah 8, 16,
dan 32 bit.
Tabel 4.3 Tingkatan satuan memori Symbol Number of bytes
Kilobytes Kb 2e10 1024 Megabyte Mb 2e20 1,048,576 Gigabyte Gb 2e30 1,073,741,824 Terabyte Tb 2e40 1,099,511,627,776 4.5 Memori Utama Semikonduktor
Pada komputer lama, bentuk umum random access memory untuk memori utama adalah sebuah piringan ferromagnetik berlubang yang dikenal sebagai core, istilah yang tetap dipertahankan hingga saat ini.
33
4.5.1 Jenis Memori Random Akses
Semua jenis memori yang dibahas pada bagian ini adalah berjenis random akses, yaitu data secara langsung diakses melalui logik pengalamatan wired-in. Tabel 4.4 adalah daftar jenis
memori semikonduktor utama.
Hal yang membedakan karakteristik RAM (Random Access Memory) adalah
dimungkinkannya pembacaan dan penulisan data ke memori secara cepat dan mudah. Aspek lain
adalah RAM bersifat volatile, sehingga RAM hanya menyimpan data sementara. Teknologi yang
menyimpan data sebagai muatan listrik pada kapasitor. Karena kapasitor memiliki kecenderungan
alami untuk mengosongkan muatan, maka RAM dinamik memerlukan pengisian muatan listrik
secara periodik untuk memelihara penyimpanan data. Pada RAM statik, nilai biner disimpan
dengan menggunakan konfigurasi gate logika flipflop tradisional. RAM statik akan menyimpan
data selama ada daya listriknya.
RAM statik maupun dinamik adalah volatile, tetapi RAM dinamik lebih sederhana dan rapat sehingga lebih murah. RAM dinamik lebih cocok untuk kapasitas memori besar, namun
RAM statik umumnya lebih cepat.
Read only memory (ROM) sangat berbeda dengan RAM, seperti namanya, ROM berisi pola data permanen yang tidak dapat diubah. Data yang tidak bisa diubah menimbulkan keuntungan dan juga kerugian. Keuntungannya untuk data yang permanen dan sering digunakan
pada sistem operasi maupun sistem perangkat keras akan aman diletakkan dalam ROM. Kerugiaannya apabila ada kesalahan data atau adanya perubahan data sehingga perlu penyisipan –
penyisipan.
Kerugian tersebut bisa diantisipasi dengan jenis programmable ROM, disingkat PROM. ROM dan PROM bersifat non-volatile. Proses penulisan PROm secara elektris dengan peralatan
khusus.
Variasi ROM lainnya adalah read mostly memory, yang sangat berguna untuk aplikasi operasi pembacaan jauh lebih sering daripada operasi penulisan. Terdapat tiga macam jenis,
yaitu: EPROM, EEPROM dan flash memory.
EEPROM (electrically erasable programmable read only memory) merupakan memori yang dapat ditulisi kapan saja tanpa menghapus isi sebelumnya. EEPROM
menggabungkan
kelebihan non-volatile dengan fleksibilitas dapat di-update.
Bentuk memori semikonduktor terbaru adalah flash memory. Memori ini dikenalkan tahun 1980-an dengan keunggulan pada kecepatan penulisan programnya. Flash memory menggunakan teknologi penghapusan dan penulisan elektrik. Seperti halnya EPROM, flash
34
memory hanya membutuhkan sebuah transistor per byte sehingga dapat diperoleh kepadatan
tinggi.
Tabel 4.4 Tipe – tipe memori semikonduktor 4.5.2 Pengemasan (Packging)
Gambar 4.3a menunjukkan sebuah contoh kemasan EPROM, yang merupakan keping 8 Mbit yang diorganisasi sebagai 1Mx8. Dalam kasus ini, organisasi dianggap sebagai kemasan
satu word per keping. Kemasan terdiri dari 32 pin, yang merupakan salah satu ukuran kemasan
keping standar. Pin – pin tersebut mendukung saluran – saluran sinyal beikut ini : • Alamat word yang sedang diakses. Untuk 1M word, diperlukan sejumlah 20 buah (220 = 1M).
• Data yang akan dibaca, terdiri dari 8 saluran (D0 –D7) • Catu daya keping adalah Vcc
• Pin grounding Vss
• Pin chip enable (CE). Karena mungkin terdapat lebih dari satu keping memori yang terhubung pada bus yang sama maka pin CE digunakan untuk mengindikasikan valid atau tidaknya pin ini. Pin CE diaktifkan oleh logik yang terhubung dengan bit berorde tinggi bus alamat ( diatas A19)
• Tegangan program (Vpp).
Konfigurasi pin DRAM yang umum ditunjukkan gambar 4.3b, untuk keping 16 Mbit yang diorganisasikan sebagai 4M x 4. Terdapat sejumlah perbedaan dengan keping ROM, karena
ada operasi tulis maka pin – pin data merupakan input/output yang dikendalikan oleh WE (write
enable) dan OE (output enable). 35
Gambar 4.3 Pin dan sinyal kemasan memori Gambar 4.4 Packging SIMM
4.5.3 Koreksi Error
Dalam melaksanakan fungsi penyimpanan, memori semikonduktor dimungkinkan mengalami kesalahan. Baik kesalahan berat yang biasanya merupakan kerusakan fisik memori
maupun kesalahan ringan yang berhubungan data yang disimpan. Kesalahan ringan dapat dikoreksi kembali. Untuk mengadakan koreksi kesalahan data yang disimpan diperlukan dua
mekanisme, yaitu mekanisme pendeteksian kesalahan dan mekanisme perbaikan kesalahan.
Mekanisme pendeteksian kesalahan dengan menambahkan data word (D) dengan suatu kode, biasanya bit cek paritas (C). Sehingga data yang disimpan memiliki panjang D + C. Kesalahan akan diketahui dengan menganalisa data dan bit paritas tersebut. Mekanisme perbaikan
36
kesalahan yang paling sederhana adalah kode Hamming. Metode ini diciptakan Richard Hamming
di Bell Lab pada tahun 1950.
Gambar 4.5 Koreksi kesalahan dengan kode Hamming
Perhatikan gambar 4.5, disajikan tiga lingkaran Venn (A, B, C) saling berpotongan sehingga terdapat 7 ruang. Metode diatas adalah koreksi kesalahan untuk word data 4 bit (D =4).
Gambar 4.5a adalah data aslinya. Kemudian setiap lingkaran harus diset bit logika 1 berjumlah
genap sehingga harus ditambah bit – bit paritas pada ruang yang kosong seperti gambar 4.5b.
Apabila ada kesalahan penulisan bit pada data seperti gambar 4.5c akan dapat diketahui karena
lingkaran A dan B memiliki logika 1 berjumlah ganjil.
Lalu bagaimana dengan word lebih dari 4 bit ? Ada cara yang mudah yang akan diterangkan berikut. Sebelumnya perlu diketahui jumlah bit paritas yang harus ditambahkan
untuk sejumlah bit word. Contoh sebelumnya adalah koreksi kesalahan untuk kesalahan tunggal
yang sering disebut single error correcting (SEC). Jumlah bit paritas yang harus ditambahkan
lain pada double error correcting (DEC). Tabel 4.5 menyajikan jumlah bit paritas yang harus
ditambahkan dalam sistem kode Hamming. 37
Tabel 4.5 Penambahan bit cek paritas untuk koreksi kode Hamming # Data Bits # Bit Paritas SEC # Bit Paritas DEC
8 4 5 16 5 6 32 6 7 64 7 8 128 8 9 512 9 10
Contoh koreksi kode Hamming 8 bit data :
Dari tabel 4.5 untuk 8 bit data diperlukan 4 bit tambahan sehingga panjang seluruhnya adalah 12 bit. Layout bit disajikan dibawah ini :
Bit cek paritas ditempatkan dengan perumusan 2N dimana N = 0,1,2, ……, sedangkan bit data adalah sisanya. Kemudian dengan exclusive-OR dijumlahkan ebagai berikut :
38
Setiap cek bit (C) beroperasi pada setiap posisi bit data yang nomor posisinya berisi bilangan 1
pada kolomnya.
Sekarang ambil contoh suatu data, misalnya masukkan data : 00111001 kemudian ganti bit data
ke 3 dari 0 menjadi 1 sebagai error-nya. Bagaimanakah cara mendapatkan bit data ke 3 sebagai
bit yang terdapat error? Jawab :
Masukkan data pada perumusan cek bit paritas :
Sekarang bit 3 mengalami kesalahan sehingga data menjadi: 00111101
Apabila bit – bit cek dibandingkan antara yang lama dan baru maka terbentuk syndrom word :
Sekarang kita lihat posisi bit ke-6 adalah data ke-3.
adalah menambah kompleksitas pengolahan data. Disamping itu mekanisme koreksi kesalahan
akan menambah kapasitas memori karena adanya penambahan bit – bit cek paritas. Jadi ukuran
memori akan lebih besar beberapa persen atau dengan kata lain kapasitas penyimpanan akan
berkurang karena beberapa lokasi digunakan untuk mekanisme koreksi kesalahan. 39
4.6 Cache Memori
Cache memori difungsikan mempercepat kerja memori sehingga mendekati kecepatan prosesor. Konsepnya dijelaskan pada gambar 4.6 dan gambar 4.7. Dalam organisasi komputer,
memori utama lebih besar kapasitasnya namun lambat operasinya, sedangkan cache memori
berukuran kecil namun lebih cepat. Cache memori berisi salinan memori utama. Pada saat CPU membaca sebuah word memori, maka dilakukan pemeriksaan untuk mengetahui apakah word tersebut berada dalam cache memori. Bila ada dalam cache memori
maka dilakukan pengiriman ke CPU, bila tidak dijumpai maka dicari dalam memori utama,
selanjutnya blok yang berisi sejumlah word tersebut dikirim ke cache memori dan word yang
diminta CPU dikirimkan ke CPU dari cache memori. Karena fenomena lokalitas referensi, ketika
blok data diberikan ke dalam cache memori, terdapat kemungkinan bahwa word-word berikutnya
yang berada dalam satu blok akan diakses oleh CPU. Konsep ini yang menjadikan kinerja memori lebih baik.
Gambar 4.6 Hubungan cache memori
Sehingga dapat disimpulkan bahwa kerja cache adalah antisipasi terhadap permintaan data memori yang akan digunakan CPU. Apabila data diambil langsung dari memori utama
bahkan memori eksternal akan memakan waktu lama yang menyebabkan status tunggu pada
prosesor.
Ukuran cache memori adalah kecil, semakin besar kapasitasnya maka akan
memperlambat proses operasi cache memori itu sendiri, disamping harga cache memori yang
sangat mahal. 40
Gambar 4.7 Organisasi cache memori 4.7 Elemen Rancangan
Walaupun terdapat banyak implementasi cache, namun dari sisi organisasi maupun arsitekturnya tidak banyak macamnya.
Tabel 4.6 Unsur – unsur rancangan cache memori Unsur Macam
Kapasitas Ukuran blok
-Mapping 1. Direct -Mapping 2. Assosiative Mapping 3. Set Assosiative Mapping
Algoritma pengganti 1. Least recently used (LRU) 2. First in first out (FIFO)
3. Least frequently used (LFU) 4. Random
Write Policy 1. Write Througth 2. Write Back
3. Write Once
Jumlah Cache 1. Singe atau dua level 2. Unified atau split
41
4.7.1 Kapasitas Cache
Menentukan ukuran memori cache sangatlah penting untuk mendongkrak kinerja komputer. Dari segi harga cache sangatlah mahal tidak seperti memori utama. Semakin besar
kapasitas cache tidak berarti semakin cepat prosesnya, dengan ukuran besar akan terlalu banya
gate pengalamatannya sehingga akan memperlambat proses.
Kita bisa melihat beberapa merek prosesor di pasaran beberapa waktu lalu. AMD mengeluarkan prosesor K5 dan K6 dengan cache yang besar (1MB) tetapi kinerjanya tidak bagus.
Kemudian Intel pernah mengeluarkan prosesor tanpa cache untuk alasan harga yang murah, yaitu
seri Intel Celeron pada tahun 1998-an hasil kinerjanya sangat buruk terutama untuk operasi data
besar, floating point, 3D. Intel Celeron versi berikutnya sudah ditambah cache sekitar 128KB.
Lalu berapa idealnya kapasitas cache? Sejumlah penelitian telah menganjurkan bahwa ukuran cache antara 1KB dan 512KB akan lebih optimum [STA96].
4.7.2 Ukuran Blok
Elemen rancangan yang harus diperhatikan lagi adalah ukuran blok. Telah dijelaskan adanya sifat lokalitas referensi maka nilai ukuran blok sangatlah penting. Apabila blok berukuran
besar ditransfer ke cache akan menyebabkan hit ratio mengalami penurunan karena banyaknya
data yang dikirim disekitar referensi. Tetapi apabila terlalu kecil, dimungkinkan memori yang
akan dibutuhkan CPU tidak tercakup. Apabila blok berukuran besar ditransfer ke cache, maka
akan terjadi :
1. Blok – blok yang berukuran lebih besar mengurangi jumlah blok yang menempati cache. Karena isi cache sebelumnya akan ditindih.
2. Dengan meningkatnya ukuran blok maka jarak setiap word tambahan menjadi lebih jauh dari word yang diminta, sehingga menjadi lebih kecil kemungkinannya digunakan cepat.
Hubungan antara ukuran blok dan hit ratio sangat rumit untuk dirumuskan, tergantung pada karakteristik lokalitas programnya dan tidak terdapat nilai optimum yang pasti telah ditemukan. Ukuran antara 4 hingga 8 satuan yang dapat dialamati (word atau byte) cukup beralasan untuk mendekati nilai optimum [STA96].
4.7.3 Fungsi Pemetaan (Mapping)
Telah kita ketahui bahwa cache mempunyai kapasitas yang kecil dibandingkan memori utama. Sehingga diperlukan aturan blok – blok mana yang diletakkan dalam cache. Terdapat tiga
metode, yaitu pemetaan langsung, pemetaan asosiatif, dan pemetaan asosiatif set. 42
Pemetaan Langsung
Pemetaan langsung adalah teknik yang paling sederhana, yaitu teknik ini memetakan blok memori utama hanya ke sebuah saluran cache saja. Gambar 4.8 menjelaskan mekanisme pemetaan langsung.
Gambar 4.8 Organisasi cache pemetaan langsung i = j modulus m dan m = 2r
dimana :
i = nomer saluran cache j = nomer blok memori utama
m = jumlah saluran yang terdapat dalam cache
Fungsi pemetaan diimplementasikan dengan menggunakan alamat, yang terdiri dari tiga field (tag, line, word), lihat gambar 4.8.
w = word, adalah bit paling kurang berarti yang mengidentifikasikan word atau byte unik dalam blok memori utama.
s = byte sisa word yang menspesifikasi salah satu dari 2S blok memori utama. Cache logik menginterpretasikan bit – bit S sebagai suatu tag s – r bit (bagian paling berarti dalam alamat) dan field saluran r bit.
43
Efek pemetaan tersebut adalah blok – blok memori utama diberikan ke saluran cache seperti
berikut ini:
Jadi dalam metode ini pemetaan adalah bagian alamat blok memori utama sebagai nomer saluran cache. Ketika suatu blok data sedang diakses atau dibaca terhadap saluran yang diberikan,
maka perlu memberikan tag bagi data untuk membedakannya dengan blok – blok lain yang dapat
sesuai dengan saluran tersebut.
Pada gambar 4.9 disajikan contoh pemetaan langsung dengan m = 16K, maka pemetaannya :
Perlu diketahui bahwa tidak ada dua buah blok yang dipetakan ke nomer saluran uang sama
memiliki tag sama. Sehingga 000000, 010000, …., FF0000 masing – masing memiliki tag 00, 01,
…., FF. 44
Gambar 4.9 Contoh pemetaan langsung
Teknik pemetaan ini sederhana dan mudah diimplementasikan, namun kelemahannya adalah terdapat lokasi cache yang tetap bagi sembarang blok – blok yang diketahui. Dengan
demikian, apabila suatu program berulang – ulang melakukan word referensi dari dua blok yang
berbeda memetakan saluran yang sama maka blok – blok itu secara terus – menerus akan di-swap
ke dalam cache sehingga hit rasionya akan rendah. Pemetaan Assosiatif
Pemetaan asosiatif mengatasi kekurangan pemetaan langsung dengan cara setiap blok memori
utama dapat dimuat ke sembarang saluran cache. Alamat memori utama diinterpretasikan dalam
field tag dan field word oleh kontrol logika cache. Tag secara unik mengidentifikasi sebuah blok
memori utama. 45
Mekanisme untuk mengetahui suatu blok dalam cache dengan memeriksa setiap tag saluran cache oleh kontrol logika cache. Dengan pemetaan ini didapat fleksibilitas dalam penggantian blok baru yang ditempatkan dalam cache. Algoritma penggantian dirancang untuk
memaksimalkan hit ratio, yang pada pemetaan langsung terdapat kelemahan dalam bagian ini.
Kekurangan pemetaan asosiatif adalah kompleksitas rangkaian sehingga mahal secara ekonomi.
Gambar 4.10 Organisasi cache dengan pemetaan asosiatif Pemetaan Assosiatif Set
Pemetaan asosiatif set menggabungkan kelebihan yang ada pada pemetaan langsung dan pemetaan asosiatif. Memori cache dibagi dalam bentuk set – set.
Pemetaan asosiatif set prinsipnya adalah penggabungan kedua pemetaan sebelumnya. Alamat memori utama diinterpretasikan dalam tiga field, yaitu: field tag, field set, dan field word.
Hal ini mirip dalam pemetaan langsung. Setiap blok memori utama dapat dimuat dalam sembarang saluran cache. Gambar 4.11 menjelaskan organisasi pemetaan asosiatif set. Dalam pemetaan asosiatif set, cache dibagi dalam v buah set, yang masing –masing terdiri dari k saluran. Hubungan yang terjadi adalah :
m = v x k
i = j modulus v dan v = 2d dimana : i = nomer set cache
j = nomer blok memori utama m = jumlah saluran pada cache 46
Gambar 4.12 Contoh pemetaan asosiatif set 47
Gambar 4.12 menjelaskan contoh yang menggunakan pemetaan asosiatif set dengan dua saluran pada masing-masing set, yang dikenal sebagai asosiatif set dua arah. Nomor set mengidentifikasi set unik dua saluran di dalam cache. Nomor set ini juga memberikan jumlah
blok di dalam memori utama, modulus 2. Jumlah blok menentukan pemetaan blok terhadap
saluran. Sehingga blok-blok 000000, 00A000,…,FF1000 pada memori utama dipetakan terhadap
set 0 cache. Sembarang blok tersebut dapat dimuatkan ke salah satu dari kedua saluran di dalam
set. Perlu dicatat bahwa tidak terdapat dua blok yang memetakannya terhadap set cache yang
sama memiliki nomor tag yang sama. Untuk operasi read, nomor set dipakai untuk menentukan
set dua saluran yang akan diuji. Kedua saluran di dalam set diuji untuk mendapatkan yang cocok
dengan nomor tag alamat yang akan diakses.
Penggunaan dua saluran per set ( v = m/2, k = 2), merupakan organisasi asosiatif set yang paling umum. Teknik ini sangat meningkatkan hit ratio dibandingkan dengan pemetaan langsung.
Asosiatif set empat arah (v = m/4, k = 4) memberikan peningkatan tambahan yang layak dengan
penambahan harga yang relatif rendah. Peningkatan lebih lanjut jumlah saluran per set hanya
memiliki efek yang sedikit. 4.7.4 Algoritma Penggantian
Yang dimaksud Algoritma Penggantian adalah suatu mekanisme pergantian blok – blok dalam memori cache yang lama dengan data baru. Dalam pemetaan langsung tidak diperlukan
algoritma ini, namun dalam pemetaan asosiatif dan asosiatif set, algoritma ini mempunyai peranan penting untuk meningkatkan kinerja cache memori.
Banyak algoritma penggantian yang telah dikembangkan, namun dalam buku ini akan dijelaskan algoritma yang umum digunakan saja. Algoritma yang paling efektif adalah Least
Recently Used (LRU), yaitu mengganti blok data yang terlama berada dalam cache dan tidak
memiliki referensi. Algoritma lainnya adalah First In First Out (FIFO), yaitu mengganti blok data
yang awal masuk. Kemudian Least Frequently Used (LFU) adalah mengganti blok data yang
mempunyai referensi paling sedikit. Teknik lain adalah algoritma Random, yaitu penggantian
tidak berdasakan pemakaian datanya, melainkan berdasar slot dari beberapa slot kandidat secara
acak.
4.7.5 Write Policy
Apabila suatu data telah diletakkan pada cache maka sebelum ada penggantian harus dicek apakah data tersebut telah mengalami perubahan. Apabila telah berubah maka data pada
memori utama harus di-update. Masalah penulisan ini sangat kompleks, apalagi memori utama
48
dapat diakses langsung oleh modul I/O, yang memungkinkan data pada memori utama berubah,
lalu bagaimana dengan data yang telah dikirim pada cache? Tentunya perbedaan ini menjadikan
data tidak valid.
Teknik yang dikenalkan diantaranya, write through, yaitu operasi penulisan melibatkan data pada memori utama dan sekaligus pada cache memori sehingga data selalu valid. Kekurangan teknik ini adalah menjadikan lalu lintas data ke memori utama dan cache sangat
tinggi sehingga mengurangi kinerja sistem, bahkan bisa terjadi hang.
Teknik lainnya adalah write back, yaitu teknik meminimasi penulisan dengan cara penulisan pada cache saja. Pada saat akan terjadi penggantian blok data cache maka baru diadakan penulisan pada memori utama. Masalah yang timbul adalah manakala data di memori
utama belum di-update telah diakses modul I/O sehingga data di memori utama tidak valid.
Penggunaan multi cache terutama untuk multi prosesor adan menjumpai masalah yang lebih kompleks. Masalah validasi data tidak hanya antara cache dan memori utama saja, namun
antar cache juga harus diperhatikan. Pendekatan penyelesaian masalah yang dapat dilakukan
adalah dengan :
• Bus Watching with Write Through, yaitu setiap cache controller akan memonitoring bus alamat untuk mendeteksi adanya operasi tulis. Apabila ada operasi tulis di alamat yang datanya digunakan bersama maka cache controller akan menginvalidasi data cache-nya. • Hardware Transparency, yaitu adanya perangkat keras tambahan yang menjamin semua updating data memori utama melalui cache direfleksikan pada seluruh cache yang ada.
• Non Cacheable Memory, yaitu hanya bagian memori utama tertentu yang digunakan secara bersama. Apabila ada mengaksesan data yang tidak di share merupakan
kegagalan cache. 5.2.6 Jumlah Cache
Terdapat dua macam letak cache. Berada dalam keping prosesor yang disebut on chip cache atau cache internal. Kemudian berada di luar chip prosesor yang disebut off chip cache atau
cache eksternal.
akibatnya waktu aksesnya akan cepat sekali, apalagi panjang lintasan internal bus prosesor sangat
pendek untuk mengakses cache internal. Cache internal selanjutnya disebut cache tingkat 1 (L1).
Cache eksternal berada diluar keping chip prosesor yang diakses melalui bus eksternal. Pertanyaannya, apakah masih diperlukan cache eksternal apabila telah ada cache internal? Dari
49
pengalaman, masih diperlukan untuk mengantisipasi permintaan akses alamat yang belum
tercakup dalam cache internal. Cache eksternal selanjutnya disebut cache tingkat 2 (L2). Selanjutnya terdapat perkembangan untuk memisah cache data dan cache instruksi yang disebut unified cache. Keuntungan unified cache adalah :
• Unified cache memiliki hit rate yang tinggi karena telah dibedakan antara informasi data dan informasi instruksi.
• Hanya sebuah cache saja yang perlu dirancang dan diimplementasikan.
Namun terdapat kecenderungan untuk menggunakan split cache, terutama pada mesin – mesin superscalar seperti Pentium dan PowerPC yang menekankan pada paralel proses dan
perkiraan – perkiraan eksekusi yang akan terjadi. Kelebihan utama split cache adalah mengurangi
persaingan antara prosesor instruksi dan unit eksekusi untuk mendapatkan cache, yang mana hal
ini sangat utama bagi perancangan prosesor – prosesor pipelining. 50
Kebutuhan akan memori utama saja tidak mencukupi maka diperlukan peralatan tambahan untuk menyimpan data yang lebih besar dan dapat dibawa kemana-mana. Tetapi dengan semakin besarnya peralatan penyimpanan maka dengan sendirinya akan mempengaruhi waktu pemrosesan data. Beberapa peralatan penyimpanan akan dijelaskan pada bab ini.
5.1 Magnetik Disk
Disk adalah piringan bundar yang terbuat dari bahan tertentu (logam atau plastik) dengan permukaan dilapisi bahan yang dapat di magnetisasi. Mekanisme baca/tulis menggunakan kepala
baca atau tulis yang disebut head, merupakan komparan pengkonduksi (conducting coil). Desain
fisiknya, head bersifat stasioner sedangkan piringan disk berputar sesuai kontrolnya. Layout data pada disk diperlihatkan pada gambar 5.1 dan gambar 5.2. Terdapat dua metode layout data pada disk, yaitu constant angular velocity dan multiple zoned recording. Disk
diorganisasi dalam bentuk cincin – cincin konsentris yang disebut track. Tiap track pada disk
dipisahkan oleh gap. Fungsi gap untuk mencegah atau mengurangi kesalahan pembacaan maupun
penulisan yang disebabkan melesetnya head atau karena interferensi medan magnet. Sejumlah bit yang sama akan menempati track – track yang tersedia. Semakin ke dalam
disk maka kerapatan (density) disk akan bertambah besar. Data dikirim ke memori ini dalam
bentuk blok, umumnya blok lebih kecil kapasitasnya daripada track. Blok – blok data disimpan
dalam disk yang berukuran blok, yang disebut sector. Sehingga track biasanya terisi beberapa
sector, umumnya 10 hingga 100 sector tiap tracknya.
Bagaimana mekanisme membacaan maupun penulisan pada disk ? Head harus bisa mengidentifikasi titik awal atau posisi – posisi sector maupun track. Caranya data yang disimpan
akan diberi header data tambahan yang menginformasikan letak sector dan track suatu data.
Tambahan header data ini hanya digunakan oleh sistem disk drive saja tanpa bisa diakses oleh pengguna. BAB 5 Peralatan Penyimpanan Data 51
Gambar 5.1 Layuot data disk
Gambar 5.2 Metode layuot data disk 52
Gambar 5.3 Format data pada track disk
Gambar 5.3 diatas menggambarkan pemformatan data pada disk. Field ID merupakan header data yang digunakan disk drive menemukan letak sector dan tracknya. Byte SYNCH
adalah pola bit yang menandakan awal field data. Karakteristik Magnetik Disk
Saat ini sesuai kekhususan penggunaan telah beredar berbagai macam magnetik disk. Tabel 5.1
menyajikan daftar katakteristik utama dari berbagai jenis disk. Tabel 5.1 Karakteristik magnetik disk
Karakteristik Macam
Gerakan head 1. Fixed head (satu per track) 2. Movable head (satu per surface)
Portabilitas disk 1. Nonremovable disk 2. Removable disk
Sides 1. Single-sided 2. Double-sided
Platters 1. Single-platter 2. Multiple-platter
Mekanisme head 1. Contact (floppy) 2. Fixed gap
3. Aerodynamic gap (Winchester)
head bergerak (movable head) seperti terlihat pada gambar 5.4. Pada head tetap setiap track
memiliki kepala head sendiri, sedangkan pada head bergerak, satu kepala head digunakan untuk
beberapa track dalam satu muka disk. Mekanisme dalam head bergerak adalah lengan head
bergerak menuju track yang diinginkan berdasarkan perintah dari disk drive-nya. 53
Gambar 5.4 Macam disk berdasar gerakan head
Karakteristik disk berdasar portabilitasnya dibagi menjadi disk yang tetap (nonremovable disk) dan disk yang dapat dipindah (removable disk). Keuntungan disk yang dapat
dipindah atau diganti – ganti adalah tidak terbatas dengan kapasitas disk dan lebih fleksibel.
Karakteristik lainnya berdasar sides atau muka sisinya adalah satu sisi disk (single sides) dan dua muka disk (double sides). Kemudian berdasarkan jumlah piringannya (platters), dibagi
menjadi satu piringan (single platter) dan banyak piringan (multiple platter). Gambar disk dengan
multiple platters tersaji dalam gambar 5.5.
Terakhir, mekanisme head membagi disk menjadi tiga macam, yaitu head yang menyentuh disk (contact) seperti pada floppy disk, head yang mempunyai celah utara tetap
maupun yang tidak tetap tergantung medan magnetnya. Celah atau jarak head dengan disk
tergantung kepadatan datanya, semakin padat datanya dibutuhkan jarak head yang semakin dekat,
namun semakin dekat head maka faktor resikonya semakin besar, yaitu terjadinya kesalahan baca.
Teknologi Winchester dari IBM mengantisipasi masalah celah head diatas dengan model head
aerodinamik. Head berbentuk lembaran timah yang berada dipermukaan disk apabila tidak
bergerak, seiring perputaran disk maka disk akan mengangkat headnya.
Istilah Winchester dikenalkan IBM pada model disk 3340-nya. Model ini merupakan removable disk pack dengan head yang dibungkus di dalam pack. Sekarang istilah Winchester
digunakan oleh sembarang disk drive yang dibungkus pack dan memakai rancangan head aerodinamis.
54
Gambar 5.5 Disk piringan banyak (multiple platters disk)
Disk drive beroperasi dengan kecepatan konstan. Untuk dapat membaca dan menulis, head harus berada pada track yang diinginkan dan pada awal sectornya. Diperlukan waktu untuk
mencapai track yang diinginkan, waktu yang diperlukan disebut aebagai seek time. Apabila track
